不同荷载作用下膨胀土的膨胀率与膨胀潜势试验

以广西百色某隧道膨胀土围岩为研究对象,开展了不同荷载作用下的有荷膨胀率试验,获得了膨胀潜势定量的计算方法,研究了膨胀率与膨胀潜势随时间、压力的变化规律.研究结果表明:有荷膨胀率随着压力的增大而减少,膨胀潜势则逐渐增大,膨胀率与压力的关系可按幂函数的关系拟合,且相关程度较高;膨胀土的膨胀率与膨胀潜势对压力变化的响应在低应力条件下比高应力条件下更加敏感,稳定后的含水率与膨胀率随压力的变化趋势基本相同;膨胀率的增长率在浸水2 h内随着压力的增大,由逐渐减小变为逐渐增大,2~6 h内基本保持稳定;在试验开始时,同一种膨胀土的膨胀潜势相同,由于上覆压力的因素,改变了土颗粒间的排列方式与水分扩散路径,后期膨胀潜势的差异性逐渐增大;膨胀潜势随时间、压力的变化趋势与膨胀率变化趋势意义相同,膨胀潜势能较好地描述膨胀土膨胀特性发展的过程.     

初始含水率对膨润土膨胀特性的影响

为了获得初始含水率对膨润土膨胀特性的影响规律,进行了不同初始含水率条件下无荷膨胀率、有荷膨胀率和膨胀力室内试验。试验结果表明:中等膨胀势膨润土在吸水饱和过程中无荷膨胀率、有荷膨胀率逐渐增大,且经历快速膨胀期、缓慢膨胀期和膨胀稳定期3个阶段。初始含水率越小,快速膨胀期历时越短,膨胀速率越快。随着初始含水率的增加,膨润土的无荷膨胀率、有荷膨胀率和膨胀力均呈减小趋势,且无荷膨胀率、有荷膨胀率线性递减,而膨胀力与初始含水率呈现良好负指数关系。     

川西南地区膨胀岩的膨胀特性

利用岩土三向膨胀力测量仪,研究膨胀岩的膨胀特性。试验结果表明:在无侧限条件下,膨胀岩吸水膨胀是具有时间效应的时间过程,试样吸水后,膨胀应变很明显,在较短时间内可以达到总膨胀变形的85%以上,随着时间的增长,膨胀应变最终趋于稳定状态。轴向应变始终大于径向应变,最终的轴向应力值约为径向应力值的2倍。随着含水率的增加膨胀应变也相应增加,其发展过程大体分为开始膨胀、快速膨胀、稳定膨胀3个阶段。膨胀岩的轴向应变随轴向应力的增大而减小,在较小的应力区间范围内,膨胀岩的膨胀应变变化比较明显,随着轴向应力的增大,其变化程度有所放缓。修正后的Huder-Amberg本构模型更符合膨胀岩的膨胀特性。     

温度对红粘土胀缩特性研究

温度对红粘土收缩、膨胀影响很大。在105℃和25℃条件下,通过大量室内试验,研究了温度对红粘土含水率、收缩和膨胀胀变形规律。结果表明,。含水率随时间关系可用多项式函数来拟合。温度越高收缩、膨胀越快。线缩率随含水率的增大而增大,随压实度的增大而增大。红粘土线缩率随时间关系可用多项式函数来拟合。膨胀率随时间关系可用对数函数来拟合。     

膨胀土单向浸水膨胀时程特性试验与应用研究

通过膨胀土单向浸水膨胀试验，研究了单向浸水条件下膨胀土的膨胀时程特性，并运用神经网络方法对试验拟合参数进行了预测。结果表明：膨胀土的膨胀过程可分为吸水膨胀、加速膨胀和缓慢膨胀3个阶段，各阶段膨胀速率与时间呈半对数关系；试验拟合参数与初始干密度及含水量有关；利用修正的分层总和法可计算单向浸水边界条件下的膨胀土层任意时刻的膨胀变形量；通过裂隙两侧土体随时间膨胀过程的计算，可刻画出裂隙逐渐愈合的过程。     

炭质板岩轴向与侧向蠕变规律研究

炭质板岩在岩土工程中普遍存在,且具有各向异性的特点。为研究其蠕变规律,首先采用岩石三轴流变试验机对自然状态和泡水30 d的炭质板岩进行单轴压缩试验,获得其瞬时强度分别为62.4和54.2 MPa,再基于瞬时强度,设置应力水平依次为瞬时强度的60%、70%、80%、85%及90%进行单轴分级加卸载蠕变试验。研究结果表明:蠕变量及蠕变速率随应力水平增大而增大;水在炭质板岩孔隙裂隙中流动,其对炭质板岩的长期损伤劣化作用使得孔隙裂隙增大,导致蠕变量及蠕变速率显著增大,尤其对轴向蠕变影响更明显,因此轴向蠕变量及蠕变速率比侧的向大;水的作用显著地增大了炭质板岩瞬时塑性应变及黏弹性应变,该现象在轴向比侧向表现更明显。     

贺兰山岩画区岩石吸水特性试验研究

岩石吸水率、纵波波速及其相互关系对研究岩石的物理性质与力学性质具有重要意义.选取贺兰山岩画区岩石为样品,进行岩样吸水率实验,探究岩样吸水率和随浸水时间的关系,建立吸水率的数值拟合函数.在吸水率实验的基础上,探究岩样在干燥状态及浸水饱和状态下纵波波速的变化,并分析岩样分别在自然吸水和饱和吸水过程中,岩样吸水率对纵波波速的影响.实验结果表明,岩样吸水率随浸水时间的延长而增大,并能够用对数型函数进行数值拟合,岩样在浸水饱和状态下的纵波波速明显大于干燥状态下的纵波波速.     

硬石膏膨胀特性及其湿度应力场膨胀本构模型

硬石膏岩遇水表现出很强的膨胀特性,且由于地下水分布的动态不均匀性,导致围岩不均匀膨胀。以梁忠高速公路礼让隧道中硬石膏岩为研究对象,采用土工固结试验仪,设置不同初始浸泡水量,对硬石膏进行侧限膨胀试验,研究其吸水率、膨胀应变及应力变化规律。结果表明:硬石膏吸水率呈先快后慢型增长,快速增长过程中硬石膏吸收的水主要转化为结晶水,慢速增长阶段,硬石膏内部自由水逐渐增多;硬石膏膨胀应变及膨胀应力随浸泡水量增加而增大,当浸泡水量为硬石膏完全石膏化理论耗水量的1/4时,达到二者增长率明显减小的转折点;硬石膏吸水率具有时间效应,且吸水率与时间呈负指数关系,基于此,结合湿度应力场理论,得到了硬石膏湿度应力场膨胀时变本构。     

南宁灰白重塑膨胀土三向膨胀室内试验研究

膨胀土是一种具有强胀缩性的特殊粘土。掌握其三向膨胀规律对于合理分析膨胀土边坡变形失稳具有重要意义。以南宁灰白膨胀土为试验对象,开展了不同条件下的三向膨胀率和膨胀力试验,揭示了干密度,初始含水率和外部荷载对于膨胀率和膨胀力的影响规律。试验表明,三向膨胀率和膨胀力均表现为：两个水平方向基本一致,竖向大于水平方向;干密度相同时,均随初始含水率的增大而减小,初始含水率相同时,均随初始干密度的增大而增大;膨胀率横、竖向比值均随干密度和初始含水率的增大越趋近于1;三向膨胀率均与三向荷载呈对数线性关系,荷载对膨胀具有抑制作用;横向膨胀力与控制横向膨胀率呈良好的指数关系,说明土体膨胀力将因为膨胀变形释放而大幅减小。     

锦屏绿片岩分级加载流变试验研究

对锦屏二级水电站引水隧洞围岩进行了分级加载流变试验,分析了试验过程中出现的现象、试样轴向、侧向应力应变关系,以及利用伯格斯模型求得的流变模型参数.分析结果表明,各试样总应变量轴向大于侧向,而各式样总流变量侧向大于轴向,流变和应变表现出不一致性;各级流变的流变量随各级应力的增加在逐级增加,各级流变的轴向流变量和侧向流变量占轴向总流变量和侧向总流变量的百分比是相似的;各试样的各级瞬时变形的弹模不断增大,符合岩石流变试验的一般性规律;在轴向和侧向两个方向上存在明显的各向异性,侧向能更快速和灵敏的反映应力变化引起的流变特性的改变;各流变参数均能正常反映绿片岩流变规律,伯格斯模型能较好的模拟锦屏绿片岩单轴流变特性.     

青海地区泥岩膨胀特性与微观结构

为研究不同单元体泥岩膨胀特性与微观结构的关联性。本文对青海省东北部的泥岩进行调查研究,选用扫描电镜(SEM)对泥岩进行观测,利用图形软件分析岩石内部的结构。通过自由膨胀试验、侧向约束膨胀试验、膨胀力试验来探究不同单元体泥岩的宏观膨胀。通过获取的数据针对泥岩孔隙分形特征展开分析,运用灰色关联法建立宏观膨胀与微观结构之间关系。研究结果表明：①N型泥岩试样孔隙多,膨胀潜势不强,M型泥岩试样结构紧密,孔隙较少,矿物成分较多,膨胀潜势相对较强；②不同单元体泥岩试样的分形维数与膨胀率(力)呈负相关,且M型泥岩试样的分形维数在膨胀率(力)的拟合度要高于N型泥岩试样；③不同单元体的膨胀率(力)与平均孔径、圆度、分形维数、面孔率均有关联,尤其是孔隙的圆度和分形维数关联性最大。研究成果为宏-微观之间泥岩关联性的认识提供参考,对该地区膨胀岩(土)工程建设具有借鉴意义。     

碎石改良膨胀土模型试验研究

针对广西南宁三塘地区膨胀土,开展了掺碎石改良膨胀土作为挡土墙填料试验研究.采用自制模型箱模拟刚性挡土墙,掺25％碎石的膨胀土作为填料,以体积含水率和侧向膨胀力为指标,观察挡土墙后不同改良条件下土体在注水后体积含水率和侧向膨胀力的变化情况,探讨体积含水率与侧向膨胀力之间的变化关系以及碎石改良膨胀土作为挡土墙填料的效果.试验结果表明:纯膨胀土的渗透性很差,在侧向受限及浸水的条件下会产生侧向膨胀力,侧向膨胀力的变化与体积含水率的变化呈正相关,但存在一定滞后性;掺碎石能显著提高膨胀土的渗透性,使得体积含水率和侧向膨胀力的变化速率加快;掺碎石膨胀土能较为有效地降低侧向膨胀力,建议采用膨胀土作为挡墙填料时掺入碎石进行改良,降低侧向膨胀力对挡墙的影响.     

侧限应力状态下非饱和膨润土的变形特性

采用测量侧向应力的压缩仪对不同初始密度和含水量的非饱和膨润土进行压缩试验,研究膨润土在侧限条件下由竖向荷载作用引起的变形及侧向应力的变化规律.根据试验结果,得到在含水量不变条件下非饱和膨润土的压缩变形特性,同时分析压缩过程中试样的孔隙比、饱和度及侧向应力的变化规律,归纳出非饱和膨润土中侧向应力与竖向应力之比与饱和度及竖向应力的关系.     

长期荷载下有侧向约束柔性桩复合地基试验

为探讨长期荷载作用下柔性桩复合地基的工作性状,进行了有无侧向约束条件下夯实水泥土桩复合地基的长期荷载对比试验.在复合地基表面埋设沉降标,量测了桩体和土体沉降值,得到了桩和土的沉降随时间的变化规律;通过在桩间土表面、桩顶、桩端埋设土压力盒和在桩身埋设内贴应变片PVC管量测应力值,获得了桩顶与土顶应力、桩-土应力比、桩身轴力随时间发展的变化规律.试验结果表明:在长期荷载作用下,设置了约束长桩夯实水泥土桩复合地基的工作性状明显优于无约束夯实水泥土桩复合地基的工作性状——大幅度缩短了进入沉降稳定时间(约为64%),减小工后沉降量(约为29%~42%),降低桩-土应力比约39%;明显地调整了桩身轴力分布.分析认为:采用柔性桩加固软土路基时,在加固区边缘设置刚性长约束桩,能有效地控制路基的工后沉降,提高路基的承载性能.     

红山窑风化红砂岩膨胀特性试验研究

对红山窑水利枢纽工程中的风化红砂岩进行膨胀特性试验研究.试验表明,不同风化程度的红砂岩随着含水率的逐渐加大、风化程度的加深,其自由膨胀率、有侧限自由膨胀率和膨胀力都逐渐增大,其中,强风化砂岩的膨胀率与膨胀力随含水率的变化而改变的幅度最大,并与上部荷载的大小密切相关.     

基于扰动状态概念模型的饱和软粘土力学特性

基于扰动状态概念(DSC)理论，定义饱和软粘土的相对完整状态、完全调整状态及扰动函数，建立了饱和软粘土应力一应变关系的DSC模型．通过三轴固结不排水剪切试验，对上海地区典型软粘土的力学特性进行了分析，得到了软粘土在不同围压下的轴向应力、应变和孔压等参数之间的关系，并应用试验结果验证了饱和软粘土的DSC本构模型．结果表明，理论与试验结果较为吻合．     

温湿效应对膨胀岩吸水软化作用的影响

试验通过控制水温,观察膨胀岩在水中崩解、软化的快慢,以及固体颗粒物粒径的大小,得出了温度对膨胀岩吸水崩解软化作用的影响规律。通过对各组温湿度状态下的膨胀岩进行直剪实验,获得了温湿度对膨胀岩抗剪强度的影响规律。结果表明:随着温度的升高,膨胀岩内部矿物颗粒吸水速率变快、吸水量增大、分子运动加速、膨胀作用增强,崩解速率也逐渐加快,吸水软化所需时间更短;温度的升高,加大了膨胀岩内部水分的蒸发,导致岩体失水收缩,内部结构变得紧密,水的润滑作用也减弱,膨胀岩的黏聚力和摩擦角均增大;随着含水率的增加,膨胀岩吸水发生体积膨胀,分子间吸引力减小,内部矿物颗粒胶结变得松散,水的润滑作用加强,黏聚力和摩擦角均降低。     

纤维缠绕复合材料夹芯圆柱体轴压力学模型及复合吸能机制

为了从结构力学角度揭示纤维缠绕复合材料夹芯圆柱体在轴向压缩载荷作用下的复合吸能机制,建立了该结构的轴压力学模型,在考虑静力学平衡条件以及表层和芯材间位移协调条件的基础上,建立了表层侧向约束应力和芯材轴向压缩变形间的关系,重点分析侧向约束应力对结构损伤吸能机制的影响,探讨了表层和芯材设计参数间的影响规律.进一步开展的试验研究和破坏模式分析结果表明,该力学模型有效揭示了纤维缠绕复合材料夹芯圆柱体的复合吸能机制,指导了该结构的参数化设计.